一种航空数字通信仿真系统及其仿真方法与流程

技术特征：
1.一种航空数字通信仿真系统，其特征在于：其包括数字基带传输系统和数字带通系统；所述数字基带传输系统包括基本编码模块、无码间串扰模块、眼图模块；所述数字带通系统包括2ask调制模块、2fsk调制模块、2psk调制模块；所述基本编码模块用于对单极性归零码、单极性不归零码、双极性归零码、双极性不归零码、ami码、hdb3码的编码设计，并仿真出对应编码的波形；所述无码间串扰模块用于对无码间串扰设计，仿真出对应的时域和频率波形；所述眼图模块用于眼图设计，仿真出不同传输速率信号的时域波形和对应的眼图波形；所述2ask调制模块包括2ask设计模块和2ask解调模块，所述2ask设计模块用于仿真生成已调2ask信号，所述2ask解调模块用于根据已调2ask信号，恢复输出对应的原始波形；所述2fsk调制模块包括2fsk设计模块和2fsk解调模块，所述2fsk设计模块用于仿真生成已调2fsk信号，所述2fsk解调模块用于根据已调2fsk信号，恢复输出对应的原始波形；所述2psk调制模块包括2psk设计模块和2psk解调模块，所述2psk设计模块用于仿真生成已调2psk信号，所述2psk解调模块用于根据已调2psk信号恢复输出对应的原始波形。2.根据权利要求1所述的一种航空数字通信仿真系统，其特征在于：所述基本编码模块采用rand函数随机生成随机序列，并用round函数四舍五入取值，再用for循环对随机序列进行读取，编写出单极性或双极性归零码，设置每一个间隔周期为t0，用for循环，对随机序列从第一个码元开始判断，如果码元为1，则前t0/2的时间间隔里设置为1，后t0/2的时间间隔里设置为0；如果码元为0，则前t0/2的时间间隔里设置为0(-1)，后t0/2的时间间隔里设置为0；再编写单极性或双极性非归零码，设置每一个间隔周期为t0，用for循环，对随机序列从第一个码元开始判断，如果码元为1，则整个t0时间间隔里设置为1；如果码元为0，则整个t0时间间隔里设置为0(-1)；编写ami码，读取随机序列，用for循环分别记录原码中1的数量和0的数量，并对1码进行交替赋值为 1和-1,0则保持不变；在ami码的基础上，继续采用for循环0的数目判断，连续的0码数目不能超过3个，采用plot函数仿真出单极性归零码、单极性不归零码、双极性归零码、双极性不归零码、ami码、hdb3码对应的波形。3.根据权利要求1所述的一种航空数字通信仿真系统，其特征在于：所述无码间串扰模块采用for循环，生成升余弦滚降函数波形，利用fftshift函数将升余弦滚降函数进行fft变换，再采用plot函数将升余弦滚降函数仿真出对应的时域和频域波形。4.根据权利要求1所述的一种航空数字通信仿真系统，其特征在于：所述眼图模块采用randn函数产生随机序列，再用sign函数生成符号函数，然后利用conv函数求出符号函数与两个不同传输速率信号的向量卷积，进而分别仿真出不同传输速率信号的时域波形，以及对应的眼图波形。5.根据权利要求1所述的一种航空数字通信仿真系统，其特征在于：所述2ask设计模块采用randn函数随机产生一组二进制序列st1，并四舍五入取值，依旧采用for循环读取二进制序列，当码元小于1时，读取码元为0，否则读取码元为1；载波信号的表达式为s1，f0为s1的频率，其中f0为可变参数，根据s1和f0生成载波，并将载波与序列相乘得到仿真出的已调2ask信号。6.根据权利要求5所述的一种航空数字通信仿真系统，其特征在于：所述2ask解调模块将已调的2ask信号送入带通滤波器h1得到信号h1，再经过相乘器sw1得到信号sw1，然后经过低通滤波器st1，得到信号stt1，最后通过设置门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波
形，最终输出恢复之后的原始波形。7.根据权利要求1所述的一种航空数字通信仿真系统，其特征在于：所述2fsk设计模块采用randn函数随机产生一组二进制序列，采用for循环读取二进制序列st1，即当码元小于1时，读取码元为0，否则读取码元为1；再用另一个for循环读取二进制序列st1，当码元小于1时，读取码元为1，否则读取码元为0，得到st1序列的反码st2；用st1与其对应的载波信号1相乘得到信号f1，即信号f1＝st1*cosω1t，cosω1t为与st1序列对应的载波信号1；用st2与其对应的载波信号2相乘得到信号f2，即信号f2＝st2*cosω2t，cosω2t为与st
2序列
与对应的载波信号2；最后将信号f1和信号f2相加，仿真出已调2fsk信号。8.根据权利要求7所述的一种航空数字通信仿真系统，其特征在于：所述2fsk解调模块将已调的2fsk信号分别送入带通滤波器h1和带通滤波器h2，得到信号h1和h2，将信号h1和h2分别经过相乘器sw1和相乘器sw2，得到信号sw1和sw2，将信号sw1和sw2分别经过低通滤波器st1和st2，得到信号stt1和stt2，将信号stt1和stt2相加，得到判决之后的波形，即可恢复输出对应的原始波形。9.根据权利要求1所述的一种航空数字通信仿真系统，其特征在于：所述2psk设计模块采用randn函数随机产生一组二进制序列st1，并用round函数四舍五入取值，采用for循环读取二进制序列，当码元小于1时，读取码元为-1，否则读取码元为1；输入频率f0，仿真生成载波，将载波与序列相乘st1，即得到已调2psk信号；所述2psk解调模块将已调的2psk信号送入带通滤波器h1得到信号h1，再经过相乘器sw1得到信号sw1，然后经过低通滤波器st1，得到信号stt1，最后通过门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形，即可恢复输出对应的原始波形。10.一种航空数字通信仿真方法，其特征在于：其包括以下步骤：基本编码设计，无码间串扰设计，眼图设计，2ask设计与解调，2fsk设计与解调，2psk设计与解调；所述基本编码设计的过程如下：采用rand函数随机生成随机序列，并用round函数四舍五入取值，再用for循环对随机序列进行读取，编写出单极性或双极性归零码，设置每一个间隔周期为t0，用for循环，对随机序列从第一个码元开始判断，如果码元为1，则前t0/2的时间间隔里设置为1，后t0/2的时间间隔里设置为0；如果码元为0，则前t0/2的时间间隔里设置为0(-1)，后t0/2的时间间隔里设置为0；再编写单极性或双极性非归零码，设置每一个间隔周期为t0，用for循环，对随机序列从第一个码元开始判断，如果码元为1，则整个t0时间间隔里设置为1；如果码元为0，则整个t0时间间隔里设置为0(-1)；编写ami码，读取随机序列，用for循环分别记录原码中1的数量和0的数量，并对1码进行交替赋值为 1和-1,0则保持不变；在ami码的基础上，继续采用for循环0的数目判断，连续的0码数目不能超过3个，采用plot函数仿真出单极性归零码、单极性不归零码、双极性归零码、双极性不归零码、ami码、hdb3码对应的波形；具体公式如下：基带信号是由rand函数随机生成随机序列，其表达式为：st1＝10111010100101001011单极性归零码的编码规则：用0电平表示“0”码，用正电平表示“1”码，每个码元的电波形持续时间小于一个码元周期，单极性归零码表达式为：st2＝10001010100010001000001
00010000010001010单极性不归零码的编码规则：用0电平表示“0”码，用正电平表示“1”码，每个码元的电波形持续时间占满一个码元周期，其表达式为：st3＝10111010100101001011双极性归零码的编码规则：用负电平表示“0”码，用正电平表示“1”码，每个码元的电波形持续时间小于一个码元周期，其表达式为：st4＝ 10-10 10 10 10-10 10-10 10-10-10 10-10 10-10-10 10-10 10 10双极性不归零码的编码规则：用负电平表示“0”码，用正电平表示“1”码，每个码元的电波形持续时间占满一个码元周期，其表达式为：st5＝ 1-1 1 1 1-1 1-1 1-1-1 1-1 1-1-1 1-1 1 1ami码的编码规则：ami码对应的波形具有正、负、零三种电平的脉冲序列，消息码的“1”码交替地变换为“ 1”和
“‑
1”，消息码的“0”码保持不变，其表达式为：st6＝-10 1-1 10-10 100-10 100-10 1-1hdb3码的编码规则：hdb3码对应的波形具有正、负、零三种电平的脉冲序列，消息码的“1”码交替地变换为“ 1”和
“‑
1”，消息码的“0”码保持不变，且hdb3码连“0”个数不超过3个；“0”数目小于等于3时， 1与-1交替；连“0”数目超过3时，将每4个连“0”化为一节，定义为b00v，称为破坏节；v称为破坏脉冲，b称为调节脉冲，v与前一个相邻的非“0”脉冲的极性相同；相邻的v码之间极性必须交替，v的取值为 1或-1，v码后面的传号码极性也交替；b的取值为0、 1或-1，其表达式为：st6＝-10 1-1 10-10 100-10 100-10 1-1所述无码间串扰设计的过程如下：采用for循环，生成升余弦滚降函数波形，利用fftshift函数将升余弦滚降函数进行fft变换，再采用plot函数将升余弦滚降函数仿真出对应的时域和频域波形；具体公式如下：下：式中，t
s
为发送序列的时间间隔，α为滚降系数，用于描述滚降程度；其中α＝0时，为理想低通系统，α＝1，为升余弦滚降特性；所述眼图设计的过程如下：采用randn函数产生随机序列，再用sign函数生成符号函数，然后利用conv函数求出符号函数与两个不同传输速率信号的向量卷积，进而分别仿真出不同传输速率信号的时域波形，以及对应的眼图波形；眼图波形采用eyediagram(x,n)函数，其中，x代表被测信号，每个轨迹包括n个采样点，n为被测信号的周期；
所述2ask设计与解调的过程如下：采用randn函数随机产生一组二进制序列st1，并四舍五入取值，依旧采用for循环读取二进制序列，当码元小于1时，读取码元为0，否则读取码元为1；载波信号的表达式为s1，f0为s1的频率，其中f0为可变参数，根据s1和f0生成载波，并将载波与序列相乘得到仿真出的已调2ask信号；将已调的2ask信号送入带通滤波器h1得到信号h1，再经过相乘器sw1得到信号sw1，然后经过低通滤波器st1，得到信号stt1，最后通过设置门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形，最终输出恢复之后的原始波形。具体公式如下：2ask信号的产生：基带信号形成器式中，g(t)为高度为1，宽度等于t
s
的基带矩形脉冲，a
n
为第n个符号的电平，再与载波cosω
c
t相乘，得到2ask信号的表达式为e
2ask
(t)＝s(t)cosω
c
t2ask信号的解调：首先经过带通滤波器，得到所需要的频段信号，然后与载波cosω
c
t相乘，即通过低通滤波器过滤，即得到最后通过设置门限高度为0.25的判决器进行抽样判决器后，得到判决之后的波形s(t)；所述2fsk设计与解调的过程如下：采用randn函数随机产生一组二进制序列，采用for循环读取二进制序列st1，即当码元小于1时，读取码元为0，否则读取码元为1；再用另一个for循环读取二进制序列st1，当码元小于1时，读取码元为1，否则读取码元为0，得到st1序列的反码st2；用st1与其对应的载波信号1相乘得到信号f1，f1＝st1*cosω1t，cosω1t为与st1序列对应的载波信号1；用st2与其对应的载波信号2相乘得到信号f2，f2＝st2*cosω2t，cosω2t为与st2序列对应的载波信号2；最后将信号f1和信号f2相加，仿真出已调2fsk信号；将已调的2fsk信号分别送入带通滤波器h1和带通滤波器h2，得到信号h1和h2，将信号h1和h2分别经过相乘器sw1和相乘器sw2，得到信号sw1和sw2，将信号sw1和sw2分别经过低通滤波器st1和st2，得到信号stt1和stt2，将信号stt1和stt2相加，得到判决之后的波形，即可恢复输出对应的原始波形；具体公式如下：2fsk信号的产生：e
2fsk
(t)＝s1(t)cosω1t s2(t)cosω2t其中g(t)为单个矩形脉冲，t
s
为脉冲持续时间，a
n
为第n个符号的电平，为电平取反，即2fsk信号的解调：
首先经过带通滤波器，得到所需要的频段信号，然后分别与载波cosω1t和cosω2t相乘，即和通过低通滤波器过滤，得到和最后通过判决器进行抽样判决器后，得到判决之后的波形s(t)；所述2psk设计与解调的过程如下：采用randn函数随机产生一组二进制序列st1，并用round函数四舍五入取值，采用for循环读取二进制序列，当码元小于1时，读取码元为-1，否则读取码元为1；输入频率f0，仿真生成载波，将载波与序列相乘st1，得到已调2psk信号；将已调的2psk信号送入带通滤波器h1得到信号h1，再经过相乘器sw1得到信号sw1，然后经过低通滤波器st1，得到信号stt1，最后通过门限高度为0.25的判决器，得到判决之后的波形，即可恢复输出对应的原始波形；具体公式如下：2psk信号的产生：基带信号形成器式中，g(t)为高度为1，宽度等于t
s
的基带矩形脉冲，a
n
为第n个符号的电平，再与载波cosω
c
t相乘，得到2psk的表达式为e
2psk
(t)＝s(t)cosω
c
t其中，发送符号“0”时，e
2psk
(t)取0相位，a
n
取 1；发送符号“1”时，e
2psk
(t)取π相位，a
n
取－1；2psk信号的解调：首先经过带通滤波器，得到所需要的频段信号，然后与载波cosω
c
t相乘，通过低通滤波器过滤，得到通过设置门限高度为0.25的判决器进行抽样判决后，得到判决之后的波形s(t)。

技术总结
本发明提供一种航空数字通信仿真系统及其仿真方法，该航空数字通信仿真系统，包括数字基带传输系统和数字带通系统；所述数字基带传输系统包括基本编码模块、无码间串扰模块、眼图模块；所述数字带通系统包括2ASK调制模块、2FSK调制模块、2PSK调制模块。本发明航空数字通信仿真系统的知识针对性强、仿真效果好、知识面覆盖全，人机交互界面友好，且运算快。本发明的航空数字通信仿真方法包括基本编码设计，无码间串扰设计，眼图设计，2ASK设计与解调，2FSK设计与解调，2PSK设计与解调。本发明的航空数字通信仿真方法能针对航空电子企业的设计培训特点，适应于对企业新员工进行基础的数字通信子系统培训。数字通信子系统培训。数字通信子系统培训。


技术研发人员：张伟业 汪坤 叶晨 侯静 王晨
受保护的技术使用者：商飞软件有限公司
技术研发日：2021.12.16
技术公布日：2022/3/25